Э. Таненбаум - Архитектура компьютера (1127755), страница 69
Текст из файла (страница 69)
Эти биты, как и биты всех регистров, которые загружаются с шины С и памяти, сохраняются на фронте синхронизирующего сигнала, ближе к концу цикла тракта данных. Выходной сигнал АЛУ не сохраняется, а просто передается в схему сдвига. Работа АЛУ и схемы сдвига происходит во время подцикла 3. После следующего интервала, Аг, выходной сигнал схемы сдвига, пройдя через шину С, достигает регистров. Регистры загружаются в конце цикла на фронте синхронизирующего сигнала (см. рис.
4.2). Во время подцикла 4 происходит загрузка регистров и триггеров Х и 22 Подцикл завершается сразу после окончания фронта, когда все значения сохранены, результаты предыдущих операций памяти доступны, регистр МРС загружен. Этот процесс продолжается снова и снова, пока вы не выключите компьютер. Микропрограмме приходится не только управлять трактом данных, но и определять, какая микрокоманда должна выполняться следующей, поскольку микропрограммы не упорядочены в управляющей памяти. Вычисление адреса следующей микрокоманды начинается после загрузки регистра М?К.
Сначала в регистр МРС копируется 9-разрядное поле ХЕХТ А???)ЕЕЗЗ (следующий адрес). Пока происходит копирование, проверяется поле ?АМ. Если оно содержит значение 000, то ничего больше делать не нужно, и когда копирование поля ХЕХТ А?)?)ВЕЯЛ завершится, регистр МРС укажет на следующую микрокоманду. Если один или несколько битов в поле ?АМ равны 1, то требуются еще некоторые действия. Если бит ?АМХ равен 1, то триггер Х соединяется через схему ИЛИ со старшим битом регистра МРС.
Если бит ?АМЕ равен 1, то триггер Х соединяется через схему ИЛИ со старшим битом регистра МРС. Если оба бита равны 1, они оба соединяются через схему ИЛИ с тем же битом. А теперь объясним, зачем нужны триггеры Х и Х. Дело в том, что после фронта сигнала (и вплоть до спада) шина В больше не запускается, поэтому выходные сигналгя АЛУ уже не могут считаться правильными. Сохранение флагов состояния АЛУ в регистрах 276 Глава 4.
Уровень микроархитектуры Аоот зАМ Биты управлениятрактомданных Набор битов,3АМ7 Ох92 001 Охтб Один из этих адресов последует за Ох73 в зависимости от 7 Ох92 Ох192 Рис. 4.9. Микрокоманда с битом ЗАМ7, равным 1, указывает на две потенциальные последующие микрокоманды Третий бит в поле )АМ вЂ” ) МРС. Если он установлен, то 8 бит регистра МВК поразрядно связываются операцией ИЛИ с 8 младшими битами поля НЕХТ А1И1КЕ55 текущей микрокоманды. Результат отправляется в регистр МРС.
На рис. 4.5 меткой «0» обозначена схема, которая выполняет операцию ИЛИ над МВК и ЫЕХТ А1ИтКЕ55, если бит )МРС равен 1, и просто отправляет НЕХТ АВВКЕ55 в регистр МРС, если бит 1МРС равен О. Если бит )МРС ра- Н и 2 делает правильные значения установившимися и доступными для вычисления регистра МРС, независимо от того, что происходит вокруг АЛУ. На рис.
4.5 блок, который выполняет это вычисление, помечен как «Старший бить. Он вычисляет следующую булеву функцию: Р = Ц)АМ2 И 2) ИЛИ 1)АМН И Н» ИЛИ БРЕХТ АВВКЕ55Щ Отметим, что в любом случае регистр МРС может принять только одно из двух возможных значений: 1. Значение НЕХТ АРОКЕ55. 2.
Значение НЕХТ А1И)КЕ55 со старшим битом, соединенным операцией ИЛИ с логической единицей. Других значений не существует. Если старший бит значения БРЕХТ А1)1)КЕ55 уже равен 1, нет смысла использовать |АМ)ч или )АМУ.. Отметим, что если все биты 1АМ равны О, то адрес следующей команды — это просто 9-разрядный номер в поле НЕХТ А1)1)КЕ55. Если бит 1АМН или 1АМХ равен 1, то существует два потенциально возможных адреса следующей микро- команды (символы Ох говорят о том, что следующее за ними число дается в шестнадцатеричной системе счисления): адрес БРЕХТ А1т1тКЕ55 и адрес НЕХТ АР1)КЕ55, соединенный операцией ИЛИ со значением Ох10О (предполагается, что ХЕХТ Ас11)КЕ55 < ОхРР).
Это иллюстрирует рис. 4.8. Текущая микрокоманда с адресом Ох75 содержит поле НЕХТ АООКЕЯ5 = Ох92, причем бит 1АМ7, установлен в 1. Следовательно, следующий адрес микрокоманды зависит от значения бита Х, сохраненного при предыдущей операции АЛУ. Если бит Е равен О, то следующая микрокоманда имеет адрес Ох92. Если бит Е равен 1, то следующая микрокоманда имеет адрес Ох192. Пример микроархитектуры 2Ч7 вен 1, то младшие 8 бит поля НЕХТ А1)ПКЕБЯ равны О.
Старший бит может быть 0 или 1, поэтому значение поля ХЕХТ А1)1)КЕ55 обычно Ох000 или Ох100. Почему иногда используется значение Ох000, а иногда — Ох100, мы обсудим позже. Возможность выполнять операцию ИЛИ над МВК и НЕХТ АППКЕББ и сохранять результат в регистре МРС позволяет реализовывать межуровневые переходы. Отметим, что биты, находящиеся в регистре МВК, позволяют задать любой адрес из 256 возможных. Регистр МВК содержит код операции, поэтому использование бита )МРС приведет к единственно возможному выбору следующей микрокоманды. Этот метод позволяет осуществлять быстрый переход к функции, соответствующей вызванному коду операции.
Чтобы разобраться в следующем материале этой главы, очень важно понимать принципы синхронизации машины, поэтому повторим их еще раз. Синхронизирующий сигнал делится на подциклы, хотя внешние изменения этого сигнала происходят только на спаде, с которого начинается цикл, и на фронте, который загружает регистры и триггеры Х и 2. Посмотрите еще раз на рис. 4.2.
Во время подцикла 1, который инициируется спадом сигнала, адрес, находящийся в регистре МРС, загружается в регистр М1К. Во время подцикла 2 регистр М1К устанавливает сигналы, и на шину В загружается выбранный регистр. Во время подцикла 3 работают АЛУ и схема сдвига. Во время подцикла 4 стабилизируются значения шины С, шин памяти и АЛУ. На фронте сигнала загружаются регистры из шины С, загружаются триггеры М и Х, а регистры МВК и МОК получают результаты из памяти, начавшей функционировать в конце предыдущего цикла (если эти результаты вообще имеются). Как только регистр МВК получает свое значение, загружается регистр МРС. Это происходит где-то в середине отрезка между фронтом и спадом, но уже после загрузки регистров МВК и М1)К. Регистр МРС может загружаться либо уровнем (но не фронтом) сигнала, либо через фиксированный отрезок времени после фронта.
Все это оаначаег, что регистр МРС не получает своего значения до тех пор, пока не будут готовы регистры МВК, Н и 2, от которых он зависит. На спаде сигнала, когда начинается новый цикл, регистр МРС может обращаться к памяти. Отметим, что каждый цикл является самодостаточным. В каждом цикле определяется, значение какого регистра должно поступать на шину В, что должны делать АЛУ и схема сдвига, куда нужно сохранить значение шины С и, наконец, каким должно быть следующее значение регистра МРС. Следует сделать еще одно замечание по поводу рис.
4.5. До сих пор мы считали МРС регистром, который состоит из девяти бит и загружается на высоком уровне сигнала. В действительности этот регистр вообще не нужен. Все его входные сигналы можно непосредственно связать с управляющей памятью. Поскольку эти сигналы присутствуют в управляющей памяти на спаде синхронизирую- щего сигнала, когда выбирается и считывается регистр М1К, этого достаточно. Их не нужно хранить в регистре МРС. По этой причине МРС может быть реализован в виде виртуального регистра, который представляет собой просто место объединения сигналов и похож скорее на коммутационное поле, чем на настоящий регистр. Если МРС сделать виртуальным регистром, то процедура синхронизации значительно упрощается: в этом случае события происходят только на фронте и спаде сигнала.
Но если вам проще считать МРС реальным регистром, то такой подход тоже вполне допустим. 278 Глава 4. Уровень микроархитектуры Пример архитектуры набора команд— 14ЧМ Чтобы продолжить изучение нашего примера, введем уровень архитектуры набора команд (18А), которые должна интерпретировать микропрограмма машины 1)Ъ'М (см. рис. 4.5). Для удобства уровень архитектуры команд мы иногда будем называть макроархитектурой, чтобы противопоставить его микроархитектуре. Однако перед тем как приступить к описанию 1)'у'М, мы немного отвлечемся.
Стек Во всех языках программирования есть понятие процедур (методов), имеющих локальные переменные. Эти переменные доступны во время выполнения процедуры, но перестают быть доступными после ее окончания. Возникает вопрос где должны храниться такие переменные? К сожалению, предоставить каждой переменной абсолютный адрес в памяти невозможно. Проблема заключается в том, что процедура может вызывать себя сама. Мы рассмотрим такие рекурсивные процедуры в главе 5. А пока достаточно сказать, что если процедура вызывается двахСды, то хранить ее переменные под конкретными адресами в памяти нельзя, поскольку второй вызов перемешается с первым. Вместо этого используется другая стратегия.
Для переменных резервируется особая область памяти, которая называется стеком и в которой отдельные переменные не получают абсолютных адресов. Какой-либо регистр, скажем, 1Л', указывает на базовый адрес локальных переменных для текущей процедуры. Посмотрите на рис. 4.7, а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
